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Exzentersteuerung mit Füllungsausgleich für Dampfmaschinen.
Die Erfindung betrifft eine Steuerung für schnellaufende Heissdampfmaschinen und insbesondere für Mehrfachexpansionsmaschinen mit Kolbengeschwindigkeiten von 6-12 m/sek. Eine derartige Steuerung muss folgenden Anforderungen genügen :
1. veränderliche Füllung in weiten Grenzen ;
2. nach Belieben des Konstrukteurs entweder konstante oder abnehmende Voreilung bei abnehmender Belastung ;
3. absolute Nullfül) ung ;
4. Füllungs-sowie Arbeitsausgleich und
5. Ausschaltung jeder Rückwirkung auf den Regler.
Diese Bedingungen erffillt die Steuerung gemäss der Erfindung in vollstem Masse. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass das Exzenter aus zwei Teilen besteht, nämlich einem auf der Steuerwelle drehbar gelagerten Innenteil und einem auf dessen Umfang drehbaren Ringteil. dessen zum Kreisumfang des Innenteiles exzentrischer Kreisumfang vom Exzenterbügel umfasst wird, und dass der Innenteil und der Ringteil beide gleichzeitig relativ zur Steuerwelle, aber entgegengesetzt zueinander verdrehbar sind, zu dem Zwecke, beliebige Füllungen zwischen absoluter Nullfüllung und gegebener Höchstfüllung, auch während des Ganges der Maschine, einzustellen und gleichzeitig die Voreilung in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Füllungsgrade proportional zu-oder abnehmend zu verändern bzw. konstant zu halten.
Um die Einstellung der beiden Exzenterteile zu ermöglichen, ist auf der Steuerwelle unter Vermittlung von Schraubenführungen dreh-und verschiebbar ein Stellglied gelagert, das mittels Kurvensehlitz- führungen auf den Ringteil des Exzenters und mittels weiterer Schraubenführngen anderer Steigung auf den Innenteil des Exzenters wirkt. Der Exzenterbügel treibt unter Vermittlung von Schubkurven die Einlassorgane der Zylinder an. Diese Sehubkurven wie auch die Stellerexzenter laufen im Ölbad, so dass ein leichter Gang gewährleistet ist.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 1 ist ein teilweise in senkrechter Ebene geschnittener Aufriss eines Zylinders, z. B. einer Dreifachexpansionsmaschine der oben erwähnten Art. Fig. 2 ist ein Schnitt durch das mehrteilige Steuerungsexzenter, u. zw. nach Linie 1-1 der Fig. 4, Fig. 3 eine Stirnansicht desselben, Fig. 4 eine Stirnansicht des Exzenterinnenteiles, Fig. 5 eine Seitenansicht dieses Exzenterinnenteiles und Fig. 6 eine Teildarstellung des die Schraubenführung für das Stellglied tragenden Teiles der Steuerwelle.
Die Fig. 7,8, 9 und 10 sind Diagramme, die zur Bestimmung der Form der Schraubenführungen und der Kùrvenschl. itze dienen.
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wirken unter Vermittlung der Exzenterbügel D und Lenker L Exzenter E, die auf den Steuerwellen 11' sitzen. Sowohl die Exzenter E als auch die Ventilschubkurven r laufen im Ölbad.
Nach Fig. 2-6 besteht das Exzenter aus einem auf der Steuerwelle 11'drehbar gelagerten Innenteil e mit kreisförmigem Umfang und einem auf diesem kreisförmigen Umfang drehbar gelagerten Teil E, dessen vom Exzenterbügel D umfasster Kreisumfang exzentrisch zum Kreisumfang des Innenteiles e
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Die Fig. 7-10 erläutern die Art und Weise, wie die Abmessungen zu bestimmen sind. Nach der Darstellung der Fig. 7 wählt oder errechnet man zunächst einen Mindesthubkreis. Dieser wird als Kreis 1 gezogen. Dann zieht man den grösseren Hubkreis 2. Die von diesen beiden Kreisen 1 und 2 begrenzten Teile e und E stellen den Exzenterinnenteil und den Exzenterringteil dar. 0 ist der Mittelpunkt der Steuerwelle und 01 der Mittelpunkt für E. Bedingung ist, dass der Mittelpunkt 01 auf dem Mindesthubkreis 1 liegt. Nun zieht man die Linie 3 im Winkel von 300. die 01 schneidet. Mit einem in 01 eingesetzten Zirkel greift man das Stück 01-4 ab und schlägt einen Kreisbogen auf die Senkrechte. Der Mittelpunkt 02 dieses Kreises ist nun der gefundene Mittelpunkt für e.
Jetzt erst kann man die Exzentergrossen festlegen.
In Fig. 8 denkt man sich e festsitzend auf der Welle, während man E um 600 verdreht. 1 entspricht
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Ist der schraffierte Kreisabschnitt in Fig. 8 für irgendeine Füllung bestimmt und E würde allein gedreht, so erkennt man an den Punkten 01-6 die eventuell verschiedenen Dampfeinströmungen. Der Voreilwinkel würde sich also nach Fig. 8 demnach, bezogen auf 0% Füllung, bis zu der unbekannten eingezeichneten Füllung von 00 bis 300 verändern, da ja die KurbelweHe mit der Steuerwelle fest verbunden ist.
Um die Differenz von 300 so auszugleichen, dass man bei beliebiger Füllung richtige Eröffnung erhält, wird e in entgegengesetzter Richtung gedreht. Dies geht aus Fig. 9 hervor, die zwecks besserer Übersicht in einem doppelt so grossen Massstabe wie die Fig. 7 und 8 gezeichnet ist. Man verfährt zunächst genau wie in Fig. 8, zieht sämtliche Kreise und Linien, sowie einen Kreisabschnitt für eine beliebige Füllung. Die Linie A-B ist also die gewünschte Eröffnungslinie für beliebige Füllungen, und man muss versuchen, die Mittelpunkte von E dieser Linie praktisch zu nähern. Dies geschieht auf folgende Weise : Bei gewünschter grösster Füllung wird E um 600 gedreht, so dass dessen Mittelpunkt 01 in Punkt 18 steht.
Es muss nun e so verschoben werden, dass Punkt 18 nach A wandert. Das Stück 18-A greift man mit dem Zirkel ab und trägt es von Punkt 7 aus auf demselben Hubkreis ab, wodurch sich Punkt 8 ergibt.
Zieht man nun eine Linie von 0 aus durch 8, so entsteht der Drehwinkel für e-14, 4 . Zieht man zur Kontrolle den Kreisbogen 10, d. h. die Laufbahn des Mittelpunktes für e, setzt den Zirkel in 9 ein und zieht den Kreis ; M für e sowie, in A eingesetzt, den Kreis 15 für E, so erkennt man die Richtigkeit der Verdrehung. Die Linie A-9-17 zeigt die neue Stellung von E. Damit ist die Einströmung richtig eingestellt.
Nun werden aber die beiden Exzenterteile E und e durch die Sehraubenführungen proportional bewegt, u. zw. 15 für E und 3-6 für e. Steht nun E im Winkel von 450 und e im Winkel von 10-8 , so ist der Mittelpunkt für B in H. Die Ventileroffnung kann aber erst in Punkt 13 erfolgen. Es müssen sieh also Steuerwelle und Kurbelwelle um den Winkel b vorwärtsdrehen und es erfolgt um diesen Winkel b
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Befindet sich die Kurbel 1 in der Stellung nach Fig. 9, so müssen die Exzenter in Nullstellung der Kurbel um den Winkel a voreilen. Durch Verdrehung erfolgen die Eröffnungen den Füllungen entsprechend, da ja der Punkt 01 nach A wandert.
Die Fig. 10 dient zur Bestimmung der Kurvenselitze n an der Scheibe m für die Mitnehmerstifte o
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zusammenfallenden Mittelpunkt. Die Mitnehmerstifte o des Ringteiles E beschreiben nach Fig. 10 die Kurvenbahnen 3-5-9-11-13 bzw. 4-6-10-12-14, während sie auf der Scheibe m die Kurvenbahnen 3a-3b-3e-3d-13 bzw. 4a-4b-4c-4d-14 beschreiben. Die zugehörigen Kurvenschlitze müssen sehr sorgfältig ausgearbeitet werden. Die Punkte 3 und 4 sind die Entfernungen der Mitnehmerstifte o, bezogen auf den Mittelpunkt von E. Die Aufzeichnung der Kurvenbahnen geschieht in folgender Weise : Man zeichnet zunächst sämtliche Linien und Kreise wie in Fig. 9.
Dort sah man, dass die Linie A-9-17 die neue Exzenterstellung war, entsprechend einem Winkel von 60 für E und 14-4'four e.
Man zieht nun diese Linie in Fig. 10, hierauf eine Senkrechte Al durch den Punkt A und überträgt auf
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und verzeichnet die Punkte 5 und 6. In ähnlicher Weise werden die Linie 7a, die Senkrechte 7 b, die Punkte 9 und 10 usw. gezeichnet, bis man alle Punkte gefunden hat. Damit ist die Kurvenbahn der Stifte bestimmt.
Dasselbe geschieht für die Kurven auf der Scheibe m : Man schlägt die Kreisbogen 25 und 26 mit dem Radius 0-3 bzw. 0-4 und teilt die Bogen 25 und 26 in vier Teile von je 15 , was die streckenweise Verdrehung der Scheibe m bedeuten möge. Wird nun die Scheibe 1n von 15-19 gedreht, so ist auch der Punkt 20 nach 24 gewandert, während die Mitnehmerstifte o in 13 und 14 stehen. Man setzt nun den Zirkel in 0 ein, greift die Stücke 0-5, 0-9 bzw. 0-6, 0-10 usw. ab und schlägt die Kreisbogen. Dann nimmt man nacheinander die Strecken 15-3, 16-5, 17-9 bzw. 20-4, 21-6, 22-10 ab und überträgt sie von 19 bzw. 24 aus auf die entsprechenden Kreisbogen. Damit sind auch die Kurvenbahnen der Scheibe 1n bestimmt.
Die Berechnung der Schraubenführungen g und s ergibt sich in einfacher Weise. Angenommen, das Stellglied / werde um 30 mm parallel zur Welle verschoben und gleichzeitig um 600 verdreht, so
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sprechend verlängert werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Exzentersteuerung mit Füllungsausgleieh für Dampfmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass das Exzenter aus zwei Teilen besteht, nämlich einem auf der Steuerwelle drehbar gelagerten Innenteil (e) und einem auf dessen Umfang drehbarem Ringteil (E), dessen zum Kreisumfang des Innenteiles exzent- rischer Kreisumfang vom Exzenterbügel umfasst wird, und dass der Innenteil (e) und der Ringteil (E) beide gleichzeitig relativ zur Steuerwelle, aber entgegengesetzt zueinander verdrehbar sind, zu dem Zwecke, beliebige Füllungen zwischen absoluter Nullfüllung und gegebener Höehstfüllung, auch während des Ganges der Maschine, einzustellen und gleichzeitig die Voreilung in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Füllungsgrade proportional zu-oder abnehmend zu verändern oder konstant zu halten.
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Eccentric control with filling compensation for steam engines.
The invention relates to a control for high-speed superheated steam engines and in particular for multiple expansion machines with piston speeds of 6-12 m / sec. Such a control must meet the following requirements:
1. variable filling within wide limits;
2. At the discretion of the designer, either constant or decreasing lead with decreasing load;
3. absolute zero filling;
4. Filling as well as work compensation and
5. Elimination of any feedback on the controller.
The control according to the invention fulfills these conditions to the fullest extent. It is characterized in that the eccentric consists of two parts, namely an inner part rotatably mounted on the control shaft and an annular part rotatable on its circumference. whose circumference, which is eccentric to the circumference of the inner part, is encompassed by the eccentric yoke, and that the inner part and the ring part can both be rotated at the same time relative to the control shaft, but in opposite directions, for the purpose of filling any fillings between absolute zero and a given maximum fill, even while the machine is running to adjust and at the same time to change the lead proportionally increasing or decreasing in accordance with the respective degree of filling or to keep it constant.
In order to enable the adjustment of the two eccentric parts, an actuator is rotatably and displaceably mounted on the control shaft by means of screw guides, which acts on the ring part of the eccentric by means of curved slot guides and on the inner part of the eccentric by means of further screw guides with a different pitch. The eccentric bracket drives the inlet organs of the cylinders by means of thrust cams. These visual stroke curves as well as the actuator eccentrics run in an oil bath, so that a smooth course is guaranteed.
The drawing illustrates an embodiment of the invention. Fig. 1 is an elevation view, partly in vertical plane, of a cylinder, e.g. B. a triple expansion machine of the type mentioned above. Fig. 2 is a section through the multi-part control eccentric, u. Between line 1-1 of Fig. 4, Fig. 3 is an end view of the same, Fig. 4 is an end view of the inner eccentric part, Fig. 5 is a side view of this inner eccentric part and Fig. 6 is a partial representation of the part of the control shaft carrying the screw guide for the actuator .
7, 8, 9 and 10 are diagrams used to determine the shape of the screw guides and the Kùrvenschl. serve itze.
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act through the intermediary of the eccentric bracket D and link L eccentric E, which sit on the control shafts 11 '. Both the eccentrics E and the valve thrust curves r run in an oil bath.
According to Fig. 2-6, the eccentric consists of an inner part e rotatably mounted on the control shaft 11 'and a part E rotatably mounted on this circular periphery, the circumference of which is eccentric to the circumference of the inner part e
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Figures 7-10 illustrate the manner in which the dimensions are to be determined. According to the illustration in FIG. 7, a minimum stroke circle is first selected or calculated. This is drawn as circle 1. Then pull the larger stroke circle 2. The parts e and E bounded by these two circles 1 and 2 represent the inner eccentric part and the eccentric ring part. 0 is the center of the control shaft and 01 is the center for E. Condition is that the center 01 is on the minimum stroke circle 1. Now draw line 3 at an angle of 300. 01 intersects. With a compass inserted in 01, you grasp the piece 01-4 and strike an arc on the vertical. The center 02 of this circle is now the found center for e.
Only now can the eccentric sizes be determined.
In Fig. 8 one thinks that e is stuck on the shaft, while one rotates E by 600. 1 corresponds
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If the hatched circle segment in FIG. 8 is intended for any filling and E would be rotated on its own, the possibly different steam inflows can be recognized at points 01-6. The lead angle would therefore change according to FIG. 8, based on 0% filling, up to the unknown filling shown in from 00 to 300, since the crankshaft is firmly connected to the control shaft.
In order to compensate for the difference of 300 in such a way that the correct opening is obtained with any filling, e is turned in the opposite direction. This can be seen from FIG. 9, which is drawn on a scale twice as large as FIGS. 7 and 8 for the purpose of a better overview. Proceed first exactly as in FIG. 8, draw all circles and lines, as well as a circle segment for any filling. Line A-B is therefore the desired opening line for any fillings, and one must try to practically approximate the midpoints of E to this line. This is done in the following way: If the largest filling is required, E is rotated by 600 so that its center point 01 is at point 18.
Now e has to be shifted so that point 18 moves to A. The piece 18-A is picked up with the compass and carried off from point 7 on the same stroke circle, resulting in point 8.
If you now draw a line from 0 through 8, you get the angle of rotation for e-14.4. If one draws the circular arc 10 for control, d. H. the career of the center point for e, insert the compass in 9 and draw the circle; M for e and, inserted in A, the circle 15 for E, you can see the correctness of the rotation. Line A-9-17 shows the new position of E. This means that the inflow is correctly adjusted.
But now the two eccentric parts E and e are moved proportionally by the viewing guides, u. between 15 for E and 3-6 for e. If E is now at an angle of 450 and e at an angle of 10-8, the center point for B is in H. However, the valve can only be opened in point 13. The control shaft and crankshaft have to be turned forward by the angle b and this is done by this angle b
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If the crank 1 is in the position according to FIG. 9, the eccentrics must lead by the angle a in the zero position of the crank. By turning, the openings are made according to the fillings, since point 01 moves to A.
Fig. 10 is used to determine the curved strand n on the disk m for the driving pins o
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coincident center. The driving pins o of the ring part E describe the cam tracks 3-5-9-11-13 or 4-6-10-12-14 according to Fig. 10, while they on the disc m the cam tracks 3a-3b-3e-3d- 13 or 4a-4b-4c-4d-14. The associated curve slots must be worked out very carefully. Points 3 and 4 are the distances between the driving pins o, based on the center point of E. The cam tracks are recorded in the following way: First, all lines and circles are drawn as in FIG. 9.
There you saw that the line A-9-17 was the new eccentric position, corresponding to an angle of 60 for E and 14-4'four e.
This line is now drawn in FIG. 10, followed by a perpendicular A1 through point A and transferred to
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and shows the points 5 and 6. In a similar way the line 7a, the vertical line 7b, the points 9 and 10 etc. are drawn until all points have been found. The curve path of the pins is thus determined.
The same thing happens for the curves on the disk m: You strike the circular arcs 25 and 26 with the radius 0-3 or 0-4 and divide the arcs 25 and 26 into four parts of 15 each, which means the partial rotation of the disk m may. If the disk 1n is now rotated from 15-19, the point 20 has also moved to 24, while the driver pins o are in 13 and 14. You now insert the compass in 0, grab the pieces 0-5, 0-9 or 0-6, 0-10 etc. and draw the arcs. Then you take the lines 15-3, 16-5, 17-9 or 20-4, 21-6, 22-10 one after the other and transfer them from 19 or 24 to the corresponding arcs. The curved paths of the disk 1n are thus also determined.
The calculation of the screw guides g and s results in a simple way. Assuming that the actuator / is shifted by 30 mm parallel to the shaft and at the same time rotated by 600, so
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be extended speaking.
PATENT CLAIMS:
1. Eccentric control with filling compensation for steam engines, characterized in that the eccentric consists of two parts, namely an inner part (e) rotatably mounted on the control shaft and an annular part (E) rotatable on its circumference, whose circumference is eccentric to the circumference of the inner part is encompassed by the eccentric yoke, and that the inner part (e) and the ring part (E) are both rotatable at the same time relative to the control shaft, but in opposite directions to each other, for the purpose of filling any fillings between absolute zero and given maximum filling, even while the machine is running, set and at the same time to change the lead proportionally increasing or decreasing in accordance with the respective degree of filling or to keep it constant.